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武汉理工大学轮机自动化最后整理第一章 反馈控制系统 一 柴油机气缸冷却水温度自动控制系统 1.冷却水控制调节原理：把冷却水分成两部分，一部分通过淡水冷却器，经海水冷却使温度降低，另一部分不通过冷却器，直接与经冷却器的淡水混合。然后进入柴油机气缸的冷却空间，若冷却水温度偏高，则需要减少不经冷却器的旁通水量，增加经冷却器的淡水量，反之亦然 2.根据测温元件安装位置不同，气缸冷却水温度控制系统有哪两种控制方式？各有何特点？ 答：控制冷却水进口温度，控制在给定值或给定值附近，但冷却水出口温度会随柴油机负荷的变化而有所变化，在超负荷运行时，出口温度将会发生过高现象。控制冷却水出口温度，冷却水出口温度可以控制在给定值或给定值附近，但冷却水进口温度会随着柴油机负荷的变化而变化，特别是在负荷增加时，冷却水进口温度会下降。 3.参照图1.1所示，指出反馈环节，调节器和执行机构，并画出系统的控制原理图 反馈环节：T802型热敏电阻 调节器： MR-型调节器 执行机构：限位开关 过载保护继电器 三相交流伺服电机 控制原理图: 给定值 三通阀 执行机构 MR-调节器 T802传感器 4 参照图工电路，分析其比例微分原理，并指出如何整定比例系数和微分时间？ 答 调整电位器W1 可改变放大倍数K，即可整定比例为分调节器的比例带PB，调整W2可整定微分时间 图1.2 5.差分电路中差分放大器输出与输Ua的关系式，并说明电路在系统中的作用 图1.b u0=UA-U0U0-U15R8*UB; ;所以=R6+R8R3R7R8*UBR7R8U*BR7(UA-U)0=-(UA-)R3R6+R8R3R6+R8U15=UA-; U15=二VAF型燃油粘度自动控制系统 R7(UB-UA)R3 1.分析图中VAF燃油粘度控制系统，简述燃油粘度控制系统的功能 答：功能：在燃油进入高压油泵以前，把燃油粘度作为被控量，根据燃油粘度的偏差值，控制加热器蒸汽调节阀的开度或电加热器的接触器，使燃油粘度维持在给定值上。 2.简述系统投入工作的步骤和注意事项 答：步骤：接通气源再接通输入信号，打开气源截止阀，调整过滤减压阀5使其输出压力为0.14MPa起动测粘计马达，关闭截止阀11，打开截止阀10，让测粘计开始工作先将燃油转换阀打开至“轻油”运行一段时间后再转向“重油”，关14，打开12，13，让气动调节阀8开始工作燃油经燃油加热器7加热，经过燃油细滤器6过滤，进入粘度计1，粘度计把测得的粘度转换成压差信号送至差压变送器4，差压变送器再把压差信号转换成气压信号送至调节器3和记录仪2，调节器根据偏差值输出控制信号来调节气动调节阀的开度，从而控制燃油粘度。 注意事项：投入工作时要先接通气源再接通输入信号，切断时应先切断测粘计的工作，再切断气源起动测粘计马达以前，要先打开平衡阀9，防止差压变送器在短时间内单向受力定期打开过滤减压阀5放残，并清洗燃油细滤器6 3.画出系统闭环控制原理框图.分析各环节功能. 给定值-差压变送器-调节器-执行环节(气动调节阀+燃油加热器)-(回到给定值测粘计(反 馈环节)-高压油泵. 调节器:根据偏差值输出控制信号. 气动调节阀:根据控制信号调节蒸汽阀的开度. 燃油加热器:对燃油进行加热. 测粘计:对燃油粘度进行测量,得到测量值并输出差压信号. 4.差压变送器的调零和调量程. 答:差压变送器是燃油粘度的变送单元,它把表征燃油粘度的压差信号成比例地转换为气压信 号送到调节器和粘度的指示仪表.差压变送器有测量和便送两个单元组成. 调零是指输入的压差信号为零(相当于粘度为零)时,差压变送器的输出为0.02MPa(燃油粘度 指零).调零时,先开启差压变送器测量管路上的平衡阀9,再关闭测粘计上面的正负连接管路上 的截止阀D和E,这时差压变送器测量单元正负压室的压力相等,相当于燃油粘度为零. 调量程:是指当燃油粘度变成全量程,即粘度从零变化到所能测量的最大值时,差压变送器的压 力变化范围是 0.02MPa0.1MPa.(凑试法) 5.正反作用式气动调节器与气开关式调节阀如何配套使用? 答:反作用式调节器要与气关式调节阀配套使用.如果改用气开式调节阀,调节器应该为正作用 式.采用气关式调节阀的好处:一旦气源中断或控制系统出故障使调节器无信号输出时,则蒸汽 调节阀会保持全开状态.如果采用气开式蒸汽调节阀,蒸汽阀就会全关,燃油粘度会大大增大,严 重影响燃油喷射的雾化质量,甚至柴油机不能正常工作. 6.调节器的调整包括整定比例带,积分时间,给定值及正反作用切换,手动-自动切换等. 答:1.整定比例带:通过调整负反馈强度来实现,改变比例带调整盘上M点的位置,逆时针负反 馈比例作用弱 ,比例带.顺时针负反馈比例作用强,比例带. 2.调整积分时间:通过调整积分阀来实现的 :积分阀开大Ti积分作用强,积分阀关小Ti 积分作用弱. 3.调整给定值是通过旋转给定值,天真旋钮6来实现的,顺时针转动增大给定值. 4.正反作用调节器切换:只需将喷嘴4转90度.使它对准下面的挡板,同时把比例带调整盘上的M点由左上角转到右上角.这时,差压变送器的输出与调节器输出方向就一致了. 5.手动-自动的转换开关. 三·大型油轮辅锅炉水位自动控制 1·大型油轮辅锅炉控制系统的主要功能包括哪些？ 答：水位自动控制；蒸汽压力的自动控制；锅炉点火级=及燃烧的时序控制和自动安全保护。 2·简述锅炉水位中虚假水位的概念。 答：假如蒸汽流量突然增大，而炉膛中的燃烧情况还未来得及随之变化，锅炉气压就要降低，蒸汽的饱和温度也随之下降，这样会使水面下蒸汽比容增大，造成水面下蒸汽总容积增大，另一方面，由于炉水变成过热水，将产生更多气泡也使水面下蒸汽容积增大，由于这种自蒸发现象，尽管在蒸汽流量大于给水量的情况下，水位却虚假的上升，反之，当锅炉负荷突然减小时，尽管给水量大于蒸汽流量，水位却虚假的下降。 3·分析右图所示双冲量的控制原理。 答：检测装置有，检测水位变化的水位冲量信号3，和检测蒸汽流量的蒸汽冲量信号4，送到双冲量调节器5，对于双冲量给水控制系统，当蒸汽流量发生变化时，就给水调节器发出一个信号，使给水量和蒸汽量同方向变化，因此可减小或抵消由于虚假水位使给水量和蒸汽流量相反方向变化的误动作，使调节器开始就向正确的方向移动，从而减小了给水量和水位的波动，改变了水位的控制品质。 4·油轮锅炉双回路控制是指哪两个回路？为什么采用双回路？ 答：双回路：根据水位偏差控制给水阀开度的水位控制回路；设有维持给水阀前后压差恒定的给水压差控制回路。因为油轮锅炉给水系统通常由汽轮机给水泵从热水井把水抽出来，经给水调节阀打进锅炉里去，对汽轮机给水泵来说，如果蒸汽调节阀开度不变，则泵的排量基本不变，不管开大或关小给水阀，进入锅炉的给水量基本是不变的，因此仅仅改变给水阀的开度往往达不到控制给水量的目的。 5·分析右图所示双回路给水控制原理？解释气动差压变送器调零，调量程，迁移的概念？ 答：双回路控制原理：当锅炉水位低于给定值时，水位调节器输出控制信号使得开大给水阀开度，开度增大后，给水阀前后压差减小，给水差压调节器输出控制信号，开大蒸汽调节阀，提高汽轮机给水泵的转速，使给水阀前后压差保持恒定。 解释调零，调量程，迁移概念 调零：当检测信号为零时，使仪器指针应指在零点上。调量程：测量信号最大值时，调整仪表指示在某一刻度值。迁移：根据实际需要将变送器量程的起点由零迁移到某一数值。 第二章 辅助设备的自动控制 一 FOPX型分油机自动控制系统。 1.简述图中分油机排水排渣控制过程。 答：线1：63min内，含水量很少，没有达到触发值，首先向分油机内注入置换水，当含水量到达触发值时，进行一次排渣。 线2：10mint63min，含水量达到触发值，不需进行置换，进行一次排渣。 线3：10min内达到触发值，打开排水阀，排水，若排水后，距上次排渣10min内又达到触发值，则进行一次排渣。 线4：排水一次后，距上次排渣时间仍在10min内，含水量又达到触发值，并且连续两次打开排水阀120s后，含水量仍不能降到触发值以下，在进行一次排渣后，停止待分油进入分油机，发出声光报警。 2.设计相应的控制分油机排水排渣的单片机控制系统？要求：硬件框图，程序流程。 3.解释分油机：时序控制逻辑控制 时序控制：按照预先设定好的时间顺序进行控制。 逻辑控制：只有满足逻辑条件时，逻辑回路才能输出信号，不满足条件就不输出信号。 4.简述下图水分传感器工作原理，以及水分传感器在分油机控制系统中的作用。 答：EPC-400型装置为水分传感器提供20V直流电源，它使水分传感器内部的振荡器工作，产生频率交高的交流电，该交流电经电容器极板输出一个大小与净油中含水量成比例的交流信号。并经过有屏蔽的电缆送到EPC-400型装置的水分传感器信号处理电路板。 作用：随时检测净油中含水量，并根据净油中含水量达到触发值所需要的时间，由EPC-400型装置决定是打开排渣口还是开启排水电磁阀排水。 5.简述分油机控制过程中的置换水的概念，什么情况下需要置换水？ 答：置换水是控制过程中为了改变油水中分界面的位置，而向分油机中注入的水。 在待分油机中含水量极少时，从上次排渣算起，在63min内油水分界仍在分离盘外侧一段距离处，净油中含水量很少，没有达到触发值，这时EPC-400型装置要进行一次排渣。为了减少排渣时候的损失，排渣前先打开电磁阀MV10向分油机中注入置换水，使油水分界面逐渐向里移动，接近分离盘外侧表面时，再打开排渣口排渣。 6. EPC-400型装置中水分传感器的水分信号是如何处理的？ 二 油水分离器的自动控制 1.简述油水分离器的作用 答：用物理处理方法将水中所含有的污油分离出去。以重力作为粗分离，以聚合及过滤吸附作用分离。 2. 分析图示自动排油的控制原理。 答：当油水分界面在S1以上时，S1、S2对地构成通路，电磁阀V1断电不排油，随着油水分离器工作，集油舱的油逐渐增多，当油水分界面下移到S1和S2之间，S1对地断路，S2对地通路，V1断电不工作，当油水分界面下移到S2以下，S1、S2对地均断路，电磁阀V1通电打开，将污油排至废油柜，随着污油的排出，分界面逐渐上移，当上移到S1以上时，S1、S2均对地通路，V1断电不工作，以上重复上述操作。 图 双电极式自动排油控制原理图 3.简述双位控制原理及特点。 答：用S1和S2的电极检测集油腔的油水分界面的位置，以油水导电性差异来控制分界面位置。 4.由此设计辅锅炉水位控制系统，要求：系统原理框图。控制电路。 5.简述油分浓度监测原理。 答：散射光强与油分浓度在一定范围内成线性关系，用瑞利散射定律，在水样传感器中获得放映油分浓度的散射光强度，经光电池将光转变为相应的电流信号将送到比较大的放大电路，输出报警和控制信号，；利用比耳定律，当光敏晶体管感受不到散射光时，两个报警电路将触发，发出污油警报。 6气动差压变送器，单杠杆和双杠杆的 1双杠杆优点：双杠杆差压变送器的量程比单杠杆最大量程还要大，使用单杠杆要使量程较大，必须把主杠杆做的很长，影响精度，变送器的结构也很庞大。 2双杠杆的基本原理： 主杠杆 反馈力矩 杠杆平衡 副杠杆 所以 通过迁移，仪表精度提高。 第三章 主机遥控系统 1.简述主机遥控的主要功能： 答：1）换向逻辑功能 2）起动逻辑功能 3)重复起动 4）重起动 5）慢转起动 6）发现速率限制功能 7）程序负荷功能 8）运行中换向和制动 9）临界转速避让 10）应急操作 11）安全保护 12）系统模拟功能 主机遥控改善了轮机管理人员的工作条件，改善船舶的操纵性能，还提高了船舶航行的安全性，以及主机工作的可靠性和经济性。 2.简述换向的逻辑条件： 答：1）换向的鉴别逻辑 2）停油条件 3）转速条件 4）顶升机构抬起条件 3.简述正车全速推到倒车全速时，遥控系统的控制过程： 答：1）停油 2）主机转速下降到应急换向转速进行换向 3）换向后能耗制动 4）主机转速下降到发火转速强制制动 5）主机转速过“0”后反向起动 6）达到发火转速后起动成功，停止起动，否则重复起动。 4.根据发送的信号不同，主机遥控系统可以分成哪几种类型？ 答：1）气动遥控系统 2）电动遥控系统 3）电气结合遥控系统 5.主机遥控气动元件分为哪几类？每类列举2个 答：1）逻辑元件：两位三通阀 三位四通阀 多路阀 2）时序元件：单向节流阀 分级延时阀 速放阀 3）比例元件：比例阀 转速设定精密调压阀。 6.重复起动有哪两种方式？各有何特点？ 答：1）纯时序控制方式，在纯时序控制的重复起动回路中，主机的每次起动持续时间，两次起动时间的中断起动时间以及起动次数都按时间原则来控制，因此，每个重复起动回路主要三个定时器和相反的逻辑回路组成。2）时序转速控制方式，在转速时序控制的重复起动回路中，主机的每次起动过程在转速达到发火转速的正常情况下，按转速原则控制，即在主机转速达到发火切换转速时，关闭主机起动阀，结束一次起动过程，而在发生压缩空气起动失败时，主机转速始终达不到发火转速的情况下，关闭主启动阀，终止起动. 7.何谓加速速率和程序负荷控制？ 答：加速速率限制是指在低负荷区加速时，对主机转速增加速率的限制。程序负荷限制是指在高负荷区内，主机保持加速速率限制的加速尚嫌过快，故必须设置一个特殊的时间程序，使之慢慢加速，即为程序负荷。 8主机遥控系统为什么设置临界转速回避功能？哪儿几种方式？常用？ 柴油机轴系都有其固有的自振频率，当外界强制干扰频率与其 自振频率相同时，将引起共振。柴油机在临界转速区工作时，产生的扭转振动应力将超过材料的允许应力，造成曲轴的扭伤或折断，或者造成组合式曲柄组合件的相对滑移。因此，柴油机在运行期间必须避开临界转速区， 回避临界转速的方式有三种：一是避上限，；二是避下限，；三是避上、下限，。在实际应用中，为使该环节结构简单，多采用避上限。 9如图分析气动加速速率限制控制原理 当车令与转向一致时，S 为1，阀A 右位通，实现了起动油量和手柄设定油量的切换。车令设定的转速信号经阀A 右位、分级延时间B向气容充气。当设定转速低于额定转速30左右时，该信号不经阀B 的节流直接向气容C 充气，主机转速可迅速升高。当设定转速高于额定转速30以上时，该信号要经阀B 的节流再向气容C 充气，这时，主机转速的增加要稍慢一些。减速时气容内气压信号不经阀B 中节流孔的节流，而直接通减小了的设定信号，实现快减速。 10气动程序负荷原理 Pi 是车令设定转速值。当该信号小于程序负荷开始转速时，只经分级延时阀 1 的节流，通过阀2 向气容 6 充气。气容内的压力升高较快。当车令设定转速大于程序负荷开始转速时，该信号不仅要经分级延时阀1 的节流，还要经单向节流阀3 的节流，再经节流选择阀4 的上位向气容6充气。气容内压力升高较慢。在应急操纵情况下，电磁阀8 通电右位通，分级延时阀输出信号直接向气容充气。在减速时，气容内的气压信号经速放阀5 就地泄放，因不经阀3 和阀1 节流，可实现快减速。 11.分析图中避上限气动临界转速回避原理，设计避下限气动回避回路 该回路是按避上限方式工作的。转速设定值小于临界转速下限值时，Pa=Ps，阀2 上位通，Ps 经阀1、阀2 上位和速放阀4 输出，Po=PS。转速设定在临界转速区时，PsPa，阀1 输出Pa 不变，阀2 上位通不变，Po=Pa，主机在临界转速下限值运行。设定转速PS 大于临界转速上限值时，阀2 下位通，其输出Po 由临界转速的下限值立即跳变到大于临界转速上限值的Pb，从而快速通过临界转速区。同理，在减速过程中，当PsPb 时，阀2 下位通，Po=Ps，而当PaPsPb 时，即转速设定在临界转速区时，阀2 上位通，Ps 截止，Po=Pa。PsPa 时，Po=Ps。所以在减速时也是避上限，且可快速通过临界转速区。 12.设计相同的功能的电子元件组成的临界转速回避逻辑回路。 13.参照主机微机遥控装置，简述主机遥控系统总体结构原理，针对应用于电子调速器的遥控装置，分别列出微机系统的输入量和输出量。 答：驾驶台车中手柄及集中控制室的操纵手柄所发出的各种车令，通过输入接口电路送入计算机。计算机把车令与主机当前的运行状态相比较，经分析和判断后，由输入接口电路发出各种控制指令，以实现车钟所要求的操作。主要输入信号为，开关量和模拟量，输出信号为开关量输出，模拟量输出，数字量输出。 14简述主机遥控系统启动鉴别逻辑，分析重复启动控制原理。 答：启动鉴别逻辑是指能自动判定车令与凸轮轴位置是否一致，当有开车指令时，只有车令与凸轮轴位置一致才允许起动，否则是不准发启动信号的。用Ih和Is分别表示正车车令和倒车车令，用Ch和Cs分别表示凸轮轴在正车位置和倒车位置，用Ysl表示起动的鉴别逻辑，其逻辑表达式为Ysl=Ih*Ch+Is*Cs。Ysl=1，表示车令与凸轮轴位置一致，满足启动鉴别逻辑，Ysl=0，说明车令与凸轮轴位置不一致，不满足启动鉴别逻辑，不准发起动信号。重复启动是指对主机起动失败后所进行的再次启动。在重复起动中，总的起动次数定位三次。重复启动的逻辑功能是，当满足启动条件时，发起动信号。若起动成功则撤销起动信号终止起动，主机由起动状态转为在供油下的正常运行状态，若启动不成功，需记录起动失败次数，同时中断几秒钟后进行再起动，如此进行三次起动，三次不成功，终止起动，发出起动失败的声光报警信号。 15.能耗制动与强行制动的逻辑条件，特点及区别。 答：能耗制动：车令与主机转向不符换向已完成已经停油转速高于发火转速有应急操作指令，逻辑表达式：。强制制动：车令与主机转向不符换向已完成满足停油条件主机转速低于发火转速，逻辑表达式：。区别：对能耗制动，必须有应急指令IE，强制制动没有此条件；对能耗制动，主机转速高于启动空气切断转速，强制制动则为主机转速低于启动空气切断转速。 16主机起动逻辑回路 主起动逻辑回路，重起动逻辑回路，重复起动逻辑回路，慢起动逻辑回路 慢转起动 主机长时间停车后再次启动时要求主机慢慢转动一转或两转，然后进行正常起动，这样就能保证主机在起动过程中的安全性，同时，对相对运动的摩擦部件起布油作用。 重复起动 起动失败后所进行的再次起动。重复起动一般是3次，起动失败的情况有两种：在起动过程中一直未达到发火转速；主机能达到发火转速，但终止起动后，转速又回到0。 第五章 监视与报警系统 1.简述以下概念：长时故障报警，短时故障报警，长延时报警，短延时报警，闭锁报警，延伸报警，分组报警。 答：长时故障报警；当运行设备发生故障时，系统立即发出声响报警以通知轮机值班人员，同时相应的故障指示灯快速闪光，以指示故障部位和内容 短时故障报警；当运行设备发生故障时，系统立即发出声光报警，在轮机值班人员未作出应当操作前，有运行设备自动切换到备用设备，使参数恢复正常 长延时报警；在船舶可能出现某种情况时，采用延时230s的延时报警，在此时间内不报警，超过时间后再报警，以防误报 短时报警；以防误报采用延时0.5s左右后再报警 闭锁报警；根据动力设备的不同工作状态，封锁一些不必要的报警监视点，静止其报警 延伸报警；在机舱无人值班时，必须将机舱报警信号分组后传送到驾驶室，公共场所，轮机长和值班轮机员住所的延伸报警箱 失职报警；在机舱无人值班时当监视和报警系统出现故障时立即启动3分钟计时器，若值班轮机员3分钟内没有到达集中控制室完成应答操作，而使已在延伸报警箱上做出反应，将被视为失职，报警系统就事所有延伸报警箱发出声光报警信号 分组报警；根据故障的严重程度，将监视点的报警信息分组 2监视与报警系统由哪几部分组成？各有何作用？ 答：由三大部分组成1）分布在机舱各监视点的传感器：用来检测各监测点的参数，传感器是监视和报警系统的信息获取装置。2）安装在集中控制室内的监视屏和控制柜：是系统的核心单元，根据传感器送来的信号进行逻辑判断，另外控制机舱内的电笛和旋转警灯及蜂鸣器；3）安装在驾驶室、公共场所、轮机长和轮机员居室的延伸报警箱：延伸报警控制单元用来把报警控制单元中各监视通道送来的故障报警信号归类分组后，传送到各个延伸报警箱，以实现分组功能。此外，还进行三分钟失职报警。 3热电阻式温度传感器和热电偶式温度传感器的原理和应用场合 答：热电阻式温度传感器，利用金属材料的电阻随温度升高而变大的特性，把被测温度变成相应的电阻值，再由直流电桥变成电压信号。可用于测量冷却水温度和轴承温度 热电偶式温度传感器，由两种不同的金属导体使其端点焊接在一起，并插入护套，焊接端为热端与导体连接端为冷端，热端插入测量点，冷端置于室温，热热冷端温度不同那么在热电偶回路中会有热电式e。当冷端温度不变时其热点式随温度升高而变大。适用于检测温度高的场合，如主机排气温度的测量等。 4.巡回监视式报警系统的组成和功能 组成：分布在机舱各监视点的传感器；安装在集中控制室内的控制柜和监仪表或监视屏；安装在驾驶台、公共场所、轮机长和轮机员居室的延伸报警箱。 功能：以一定的时间间隔依次巡回检测各监视点的参数逐一采集处理，如有异常就报警 5简述曲柄箱油雾浓度监视与报警器的组成和原理 答：基本组成由采样切换阀，油雾浓度测量单元，显示报警单元，控制电路等 原理：该单元共有11 个两位三通电磁阀，其中有10 个电磁阀分别采集各曲柄箱的气样，该系统最多可检测10 个缸的气样，如果是6 缸柴油机，只用其中的6 个电磁阀，空4 个不用。另一个是清洗空气电磁阀，压缩空气通过该电磁阀清洗测量装置。系统在正常运行期间，单片机轮流使各采样点电磁阀通电，通电的电磁阀左位通，该曲柄箱油雾气样在抽风机作用下流经测量室，其他点的采样电磁阀断电右位通，曲柄箱气样在抽风机作用下经旁通管路直接排出而不经测量室。 输入信号：数字量 输出信号：故障减速或故障停车信号